تقنيات تحليل مستوى الضوضاء في محولات القدرة

ضرورة معرفة أهم أسباب الضوضاء في محولات القدرة:

مع تزايد الوعي بالآثار غير اللطيفة للتلوث الضوضائي، يحدد العديد من المستخدمين مستويات ضوضاء أقل للمحولات، وفي حين أن الاتجاه المتمثل في تصنيفات المحولات المتزايدة باستمرار يشير إلى ارتفاع مماثل في مستوى الضوضاء؛ فإنه يجب اعتماد تدابير تقليل الضوضاء لجعل المحول أقل ضوضاء.

كما ينتقل ضغط الضوضاء الناتج عن اهتزاز القلب والملفات إلى أسطح الخزان من خلال وسط الزيت، وذلك نظراً لأن الزيت غير قابل للضغط نسبياً، حيث تنتقل الضوضاء بدون تخميد ملموس، كما يستجيب الخزان لموجات الضوضاء هذه اعتماداً على تردداتها الطبيعية وأشكال الاهتزازات الكاملة وتأثير القلب المغناطيسي للتحكم في ضوضاء الجهاز.

ضوضاء محولات القدرة وأسبابها الجوهرية:

المصدر الأساسي لتوليد الضوضاء الصوتية في المحولات هو التشوه الميكانيكي الدوري لقلب المحول والملفات المتعرجة، وهذا يرجع إلى تأثير تقلب التدفق الكهرومغناطيسي المرتبط بهذه الأجزاء، بحيث يتم تمثيل خط تدفق الطاقة الصوتية المتولدة في المحول.

كما أن انتشار الضوضاء من القلب والملفات عبر وسط الزيت إلى البيئة الخارجية، بحيث يمكن التقاط طيف الضوضاء بواسطة أدوات قياس مستوى الضوضاء المتقدمة، أيضاً يمكن تلخيص الظواهر الفيزيائية المرتبطة بتوليد الضوضاء على النحو التالي:

• تعرض مادة قلب المحولات خصائص التقبض المغناطيسي، بحيث يرجع اهتزاز القلب إلى إجهاده المغناطيسي المتغير بمقدار ضعف “تردد التدفق المغناطيسي” المتناوب، كذلك ترددات التدفق المغناطيسي تساوي تردد إمداد نظام الطاقة وتوافقياته.

• عندما تكون هناك فجوات متبقية بين تصفيح اللب؛ فإن القوة الدافعة المغناطيسية الدورية قد تتسبب في اصطدام الصفائح الأساسية ببعضها البعض وإنتاج ضوضاء، وأيضاً يمكن للقوى المتبادلة الدورية بين لفات الملف الحاملة للتيار أن تحدث اهتزازات إذا كان هناك أي لفات فضفاضة للملف.

الضجيج المتحكم فيه:

تنبعث هذه الضوضاء من محول محمل بالإضافة إلى ضوضاء عدم التحميل، وهو ناتج عن القوى الكهرومغناطيسية بين اللفات الناتجة عن مجالات التسرب ويتناسب مع مربع تيار الحمل، بحيث تسبب هذه القوى اهتزازات اللف والإشعاعات الصوتية بتردد 100 أو 120 هرتز وهو ضعف تردد الطاقة.

كما تصبح مساهمة الضوضاء التي يتم التحكم فيها بالحمل في مستوى الضوضاء الإجمالي للمحول كبيرة حتى لو كانت كثافة تدفق التشغيل في القلب أقل، وبشكل عام عند القيمة المنخفضة لكثافة التدفق، بحيث يتم تقليل الضوضاء من القلب بشكل كبير.

كما أن المصادر الأخرى للضوضاء هي اهتزازات جدران الخزان والمحاولات المغناطيسية الموضوعة عليها، خاصةً إذا كانت المحولات المغناطيسية مثبتة بشكل صارم في جدار الخزان؛ فإن الضوضاء الناتجة عن اهتزازاتها تكون عادةً منخفضة.

كما تعتمد سعة الاهتزاز الناتجة عن قوة ضغط محورية معينة تتوافق مع تيار الحمل المتدفق في ملف، على خصائص اللف، مثل الكتلة و”معامل المرونة والتخميد”، بحيث تلعب (Pressboard) والمواد العازلة الأخرى دوراً مهماً في تحديد استجابة اللف، كما يمكن الحفاظ على ضوضاء اللف منخفضة قدر الإمكان باستخدام مادة مضغوطة ذات معامل تخميد مرتفع وتطبيق قيمة مناسبة للضغط المسبق على الملف.

الضوضاء الناتجة عن معدات التبريد:

التبريد هو أحد أهم العمليات الضرورية للتشغيل الفعال للمحولات في الميدان. بالنسبة للنوع الجاف، حيث يعد اختيار طريقة “تبريد محولات القدرة” والتوزيع الكبير أمراً حيوياً لأنه يساهم في مستويات كبيرة من الضوضاء، حيث يظهر الطيف الترددي النموذجي للضوضاء الناتجة عن محولات القدرة.

كما أن ضوضاء المروحة ناتجة عن تدفقات دوامة بالقرب من ريشها، ووظيفتها هي توصيل الهواء حسب حجم الشفرة وسرعتها، بينما تنتج الضوضاء الناتجة عن النواة ترددات في حدود 100 إلى 600 هرتز، وعادةً ما تكون ضوضاء الحمل الناتجة عن معدات التبريد مثل المراوح والمضخات أقل أو أعلى من نطاق التردد الأساسي في طيف الصوت.

بشكل عام؛ فإنه يجب تجنب سرعة التدفق العالية لوسيط التبريد للمراوح والمضخات، ونظراً لأن ضوضاء المروحة هي دالة على سرعتها المحيطية؛ فإن المروحة منخفضة السرعة لها مستوى ضوضاء أقل، ومع خفض السرعة، يقلل توصيل الهواء أيضاً مما يستلزم زيادة عدد المراوح.

وفي كثير من الأحيان، يكون مستوى الضوضاء المحدد منخفضاً جداً لدرجة أنه قد لا يكون من الممكن الحصول على مثل هذه المروحة منخفضة الضوضاء، لذلك؛ فإنه يجب تحديد تبريد (ONAN) واستخدامه بدلاً من التبريد المختلط (ONAN / ONAF) لمحولات القدرة ذات التصنيف الصغير والمتوسط .

وذلك حتى لو أدى إلى زيادة عدد المشعات، حيث تحدث ضوضاء الرادياتير بسبب اهتزاز الخزان الذي ينتقل عبر أنابيب التبريد التي تربط الخزان والرادياتير، كما يجب تصميم أعمال الأنابيب والهياكل الداعمة بحيث لا يكون هناك صدى.

تقليل مستوى الضوضاء في محولات القدرة:

نظراً لأن الضوضاء أصبحت إحدى القضايا الرئيسية؛ فيجب معالجتها بدءاً من مرحلة التصميم من خلال التقنيات الفعالة، حيث تؤدي القيمة المنخفضة لكثافة تدفق التشغيل أيضاً إلى ارتفاع تكلفة المواد وحجم المحول، وبالتالي؛ فإنه يتم استخدام طرق أخرى فعالة من حيث التكلفة للحد من الضوضاء والتي يتم وصفها الآن.

كما أن هناك طرق مختلفة يمكن من خلالها تقليل الضوضاء، وهناك طرق مثل تقوية الدعامة أو الأجزاء الداعمة وإضافة الوسائد بين أجزاء المحول معروفة منذ فترة طويلة وتستخدم لتقليل الاهتزازات والضوضاء، كما تم استخدام جدران الحاجز والمرفقات العازلة للصوت بشكل شائع.

حيث تتمثل الطريقة السهلة والمكلفة في وضع المحول في غرفة مغلقة جدرانها وأرضيتها ضخمة، كما تقل الضوضاء أثناء محاولتها المرور عبر جدار ضخم، حيث يمكن أيضاً تقليل الضوضاء من خلال بناء حاوية قائمة بذاتها من الألواح الخرسانية والفولاذية حول المحول، ومع ذلك؛ فإن هذه الطريقة لها بعض العيوب مثل الحاجة إلى مساحة كبيرة لتركيب المحول.

كما يعد استخدام الألواح العازلة للصوت طريقة أخرى لتقليل مستويات الضوضاء دون الحاجة إلى مساحة إضافية، بحيث يتكون التجميع من صفائح فولاذية مرنة ولوحة فولاذية وأوزان، كما أن الصفيحة الفولاذية تربط الصفيحة الفولاذية بأدوات التقوية، حيث يتم وضع الأوزان على حدود الصفيحة لتجنب انتقال الاهتزازات التي يحملها الهيكل من أدوات التقوية إلى الصفيحة الفولاذية.

كما تم الإبلاغ عن تقليل مستوى الضوضاء بمقدار 14 ديسيبل باستخدام ألواح العزل، كما تم تطوير لوحة عازلة للصوت يتم التحكم فيها بالاهتزاز، وهي قادرة على تقليل الضوضاء الناتجة عن المحولات بمقدار 12 إلى 13 ديسيبل، حيث يمكن أيضاً الحصول على خفض كبير في الضوضاء بترتيب 15 ديسيبل باستخدام تصميم خزان مزدوج.

وكلا الخزانين معزولان بشكل مناسب عن بعضهما البعض لتقليل الصوت الذي يحمله الهيكل، حيث يتم وضع الصوف الزجاجي في الفراغ بين الخزانين لتقليل الضوضاء بشكل فعال، حيث يعد التحكم النشط في الضوضاء تقنية أخرى لتقليل مستوى الضوضاء.